基于触摸屏、plc及伺服驱动器的伺服系统
张晓杰，王君艳
(上海交通大学，上海200240)
摘要：介绍r一种由触摸屏、plc及伺服驱动器构成的伺服电机控制系统，该控制系统采用空间矢量脉宽调制和canopen总线通信，保证了系统的高速、高精确性：
o引 言
伺服系统亦称随动系统，属于自动控制系统，用来控制被控对象的位置或转角，使其能自动地、连续地、精确地复现输入指令的变化规律、随着微电子、电力半导体和电机制造技术的进步，高性能伺服系统在激光加工、机器人、数控车床、大规模集成电路制造办公自动化设备、雷达等高科技领域都有广泛应用。因此，开展伺服系统的研究具有现实意义。
1伺服系统组成
系统主要由触摸屏、plc、伺服驱动器、永磁同步伺服电动机组成，如图1所示。其中伺服电动机足运动的执行机构，对其进行位置、速度和电流三环控制，从而达到用户的功能要求。
系统采用施耐德电气公刊的整体解决方案，选用xbtgt触摸屏、twido plc、lexiuⅱ1f】5a伺服驱动器和bsh电机，采用canopen总线通信方式实现了对电机的控制和监测。
(1)xbtgt触摸屏：施耐德的xbtct2330具有rs232c／rs485通讯口，兼容m0dbusrtu主从站协议，町以和多家厂商的plc通信，兼容性强．作为人机界面，能够方便用户操作，并且可以反映系统的运行状态。
(2)twido plc：施耐德推出的twido plc功能强大，选用twdlcae40drf一体型控制器，具有多种通信方式，可以连接一个can0pen现场总线接口模块。在此作为上位机，主要用于控制方式的选择、位置速度等的给定、以及信号瞬时值的读取。
(3)lexium05a驱动器：它是一种通用型交流伺服驱动器，具有多个接口：连接canopen、模拟量数字量接口的cnl，连接电机位置编码器的cn2口，24vpf：lv控制系统电源接口cn3，连接pc、分布式操作终端、m0dbus、canopen的cn4几等，町以方便地通过专用电缆线与编码器反馈电路和plc连接。选用le x-um05adlom2，内部主控芯片为ti公司的低功耗、高速高精度的tms320v2812，采用单相200／240 v供电，功率范围为o.75 kw。
(4)bsh伺服电动机：高动态响应、低惯量的水磁同步伺服电动机，额定转速为6000 r／min，额定转矩为o.46～28.2 n·m，匹配了高分辨率(17位)的正余弦编码器，适用于高动态响应和高精度的场合。电机型号为bsh0701p01a1 a,编码器为****sincos单圈(13l 072点／圈)。
2伺服驱动器的设计
在系统中作为从没备的伺服驱动器是系统的控制核心。根据上述硬件选择，可知驱动器主控芯片为tms320f2812，控制对象为装有正余弦编码器的永磁同步电动机。以下将介绍永磁同步伺服电动机的控制方法和伺服控制系统的硬件实现. 2 l永磁同步电动机的空间矢量控制
永磁同步电动机具有强耦合、高度非线性的结构，经过坐标变换，当id=0时，tem=pnψfiq=pnψfis,即通过控制iq就可以线性地控制电磁转矩。图2为永磁同步电动机的矢量控制原理框图。它主要对位置、速度和转矩的三环进行控制，控制过程为：位置给定与检测到的位置信号相比较，经过位置调节器，输出作为速度的给定值；速度给定值与位置信号微分得到的速度信号进行比较，通过速度调节器输出g轴电流给定信号iq，d轴电流给定信号为0。d轴和q轴的电流反馈信号经坐标变换得到。电流给定与电流反馈反馈的差值经过电流调节器输出电压ud、uq，再经park逆变换得到uα、uβ，经过svpwm调制输出6路pwm，驱动逆变器产生频率可变的三相正弦电流输入电机。
2．2控制系统的硬件实现
以tms320f2812为主控芯片的控制电路是整个系统的核心，它主要完成电机位置的检测、定子电流的检测、各种故障的处理、svpwm的实现以及与上位机之间的通信，控制系统硬件框图如图3所示。
2．2．1位置信号的检测
系统中采用正余弦编码器作为位置反馈装置，通过hiperfce接口传输编码器信号，包括数字通道和模拟通道。数字通道通过rs485串行口传输伺服电机的初始位置，并且启动模拟通道的正余弦信号 |
